Propagation des ondes élastiques dans les matériaux non linéaires Aperçu des résultats de laboratoire obtenus sur les roches et des applications possibles en géophysique

P. Rasolofosaon (1) , B. Zinszner (1) , P. A. Johnson (2)

1 IFPEN - IFP Energies nouvelles
2 LANL - Los Alamos National Laboratory

Les roches présentent souvent un comportement élastique nettement non linéaire, entraînant des conséquences importantes sur la propagation des ondes. Cette non-linéarité élastique est surtout causée par les microdéfauts mécaniques ubiquistes (microfissures, joints de grains, macles, etc. ) dont la rigidité varie sous l'effet de la contrainte. Ce sujet fait l'objet d'études de plus en plus nombreuses. Nous nous proposons de présenter très sommairement les bases théoriques et les résultats expérimentaux permettant d'avoir un ordre de grandeur des effets caractéristiques observés dans les roches afin de pouvoir proposer une approche critique des possibilités d'applications en géophysique. Deux disciplines se sont développées en parallèle à partir du même principe physique et avec des formalismes très proches : - L'acousto-élasticité étudie l'effet des précontraintes statiques sur les vitesses de propagation des ondes élastiques. On dispose d'un formalisme mécanique élaboré permettant de relier quantitativement variation de contrainte et variation de vitesse élastique (par exemple pour ce qui concerne l'anisotropie acoustique induite par un état de contrainte) et d'une méthode expérimentale de mesure des coefficients de non-linéarité. - L'acoustique non linéaire s'intéresse aux conséquences de la variation des modules élastiques au passage d'une onde qui ne peut plus être considérée comme une petite perturbation, mais qui induit localement des modifications mesurables du milieu de propagation ; modifications entraînant l'apparition de phénomènes inconnus en acoustique linéaire tels que la génération d'harmoniques et l'interaction onde-onde. Les applications à la sismique pétrolière semblent fort lointaines puisque, avec les méthodes classiques de surface ou de puits, il y a peu d'espoir de réussir à faire propager jusqu'aux couches profondes des ondes dont l'amplitude dépasserait le seuil de non-linéarité sous fort confinement, et qui pourraient engendrer un signal résultant d'une interaction onde-onde . Tempérant ce pessimisme, il faut noter qu'un éventuel signal d'interaction non linéaire présenterait l'avantage, quant à sa détection, d'être dans une bande de fréquence différente de celle des ondes utilisées pour l'engendrer. Bien que nous n'ayons pas connaissance d'essais d'application actuels, les perspectives paraissent plus encourageantes dans le domaine du génie civil ou minier. C'est dans le domaine diagraphique, où des distances de propagation sont très faibles, que des applications semblent possibles à moyen terme. Si l'on en juge par le dépôt très récent de plusieurs brevets, les compagnies de logging poursuivraient des recherches dans cette voie.

Domaines: Physique [physics]

P. Rasolofosaon, B. Zinszner, P. A. Johnson. Propagation des ondes élastiques dans les matériaux non linéaires Aperçu des résultats de laboratoire obtenus sur les roches et des applications possibles en géophysique. Revue de l'Institut Français du Pétrole, 1997, 52 (6), pp.585-608. ⟨10.2516/ogst:1997061⟩. ⟨hal-02079139⟩